海 洋 学 报
第３４ 卷 第１ 期
２０１２
年１ 月 Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１
Ｊａｎｕａｒｙ２０１２
ＡＣＴＡ ＯＣＥＡＮＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡ
吕宋海峡附近中尺度涡特征的统计分析
林宏阳１，胡建宇１，２＊ ，郑全安２，
３
（１．厦门大学 海洋学系，福 建 厦 门 ３６１００５；２．厦门大学 近海海洋环境科 学国家重点实验室，福 建 厦 门 ３６１００５；
３．马里兰大学 大气与海洋科学系，马里兰，美国）
摘要：采用１９９３年１ 月 到 ２００８ 年 １２ 月 １６ａ 融 合 海 面 高 度 距 平 数 据，追 踪 吕 宋 海 峡 附 近 海 域 （１８°～２３°Ｎ，１１６°～１
２６°Ｅ）中尺度涡的移动轨迹，结果表明：时间分辨率为７ｄ的卫星高度计资料难 以观测到中尺度涡从西北太平洋通过吕宋海峡传进南海的过程，但对１９９４年吕宋海峡中部观测到 的一个气旋涡及其附近中尺度涡的运动轨迹进行分析可见，西北太平洋海面高度变化会与吕宋海 峡内部海面高度耦合后向南海传播。海面高度距平数据的时间－经度图表明，西北太平洋海面高度 变化信号在西传至吕宋海峡附近（１２１°～１２２°Ｅ）时出现信号不连续。 对２１°Ｎ，１１６°～１
４０°Ｅ 断面的 海面高度距平数据按周期分别为１～３月、３～６月、３３０～３
９０ｄ（年信号）进行分段带通滤波，发现不 同周期的西北太平洋信号穿过吕宋海峡传入南海受到的阻隔作用、向西传播的速度以及它们所受 的强迫机制均不同。 关键词：吕宋海峡；中尺度涡；卫星高度计数据
蜂王浆有哪些功效中图分类号：Ｐ７３１
文献标志码：Ａ
文章编号：０２５３－４１９３（２０１２）０１－０００１－０７
郭景松等［２１］、靖春生等［２２
］均曾利用卫星高度计资料 对吕宋海峡附近的中尺度涡进行研究与分析。
关于西北太平洋的中尺度涡或中尺度波动能否 通过吕宋海 峡 传 进 南 海 的 问 题 一 直 为 海 洋 界 所 关
注。Ｈｕ等［２３］
曾 应 用 ＴＯＰＥＸ／Ｐｏｓｅｉｄｏｎ
（以 下 简 称 Ｔ／Ｐ）
卫星高度计资料分 析南海及 其邻近海域的海 面高度变化指出，周期为３～６个月的海面高度距平
信号有时会 穿 过 吕 宋海峡传进南海；Ｙｕａｎ 等［２４
］利 用卫星遥感的水色、海表温度及高度计数据研究了 吕宋海峡附近黑潮的表面路径，指出约有３０％ 的时 间会发生黑潮反气旋式地入侵南海的事件，并且通
引言
吕宋海峡位于台湾岛和吕宋岛之间（见图１、图 ２），南北宽约３５０ｋｍ，
石化装置
是南海与西北太 平 洋 之 间 的 重要通道。由于其特殊位置，吕宋海峡及其附近海 域的环流结构、水交换等科学问题是海洋界研究的
热点［１－６］
。中尺度 涡 作 为 一 种 海 洋 中 尺 度 现 象，对
于大洋的能量传输起到重要的作用［７］
。吕宋海峡附 近的中尺度涡研究对于了解南海与西北太平洋的水 交换有重要意义。 由于现场观测资料有限，早期吕 宋海 峡 附 近 有 关 中 尺 度 涡 的 研究多为事件性报
道［８－１０
］，也有应用数值计算模式模拟该区域的中尺
度涡活动以 研 究 黑 潮 的 入 侵 时 间及入侵形式等问
题［１１－１８
］。随着卫星 高 度 计 技术的 发展和数据的积
累，海面高度资料已成为研究吕宋海峡附近中尺度
１ 过统计表明 １９９２ 年末至２００５ 年初的入侵事件中，
大部分都伴随着涡旋的脱落；Ｓｈｅｕ 等［２５
］认为秋、冬 季节，黑潮会以流套形式入侵南海，且北赤道流分叉
点的北移会减弱黑潮输运和横跨流方向的位势涡度
太平洋传进 南 海；最 近，Ｚｈｅｎｇ 等［２６］
应 用 海 面 高 度 数据观测到２００４年６ 月末至 ７ 月中旬一次反气旋 涡穿越吕宋海峡的实例，并分析了这一过程涡与黑 潮的相互作用。
本文用 ＡＶＩＳＯ 提供的融合海面高度距平数据
追踪１９９３年至２００８年吕宋海峡附近的中尺度涡移 动轨迹，研究中尺度涡通过吕宋海峡的统计特征与 实例，并通过分段带通滤波方法分析西北太平洋的 海面高度变化信号传入南海的特征。
本文借鉴 Ｗａｎｇ 等
的 识 别 标 准［２７］
采 用 如 下 中 尺度涡判别 标 准：（１）ＳＬＡ 的 等 值 线 闭 合；（２）
中 尺 度涡的中心位置水深不小于１０００ ｍ；（３）
中尺度涡 中心和最外层闭合等值线的高度差（以下简称“高
度
差”）不小于７．５ｃｍ；（４）
中尺度涡 持续存在时间不 短于４周。由于吕宋海峡附近中尺度涡的存在时
间 较短，本文略去标准（４）
，且根据研究需要相应调整 标准（２），（３）
。另外，本文关于中尺度涡的“传播”定 义如下：相邻两个时间点（相隔７ｄ）的涡中心距离小 于１．５°
的视为同一个涡，即该涡是由上一个时间点 移动至下一个时间点的；“初始产生位置”则表示第 一次在研究区域内出现的涡中心位置。
数据及处理方法
本文采用 ＡＶＩＳＯ 提 供 的 １９９３ 年 １ 月 到 ２００８
年１２月共１６ａ的 Ｔ／Ｐ、Ｊａｓｏｎ和 ＥＲＳ１／２等卫星高
度计的融合海面距平（ＭＳＬＡ）
数据（距 平 值 是 相 对 １９９３－１９９９ 年 的 平 均 值 ），对 吕 宋 海 峡 附 近 海 域 （１８°～２３°Ｎ ，１１６°～１２６°Ｅ）的中尺度涡进行轨迹追 踪。该数据采用墨卡托投影，经向空间分辨率为（１
／ ３）°，覆盖范围为南、北纬 ８２°，时间分辨率为 ７ｄ，已 经过潮汐和海面气压校正。
48字方针２ 结果与分析
吕宋海峡附近中尺度涡轨迹 按照上述中尺度涡识别标准（１），（２）和（３），我
３
３．１ 们得到涡中心 水 深 不 小 于 １０００ ｍ、
高 度 差 不 小 于 ７．５ｃｍ，１９９３－２００８年研究区域内每年产生的中尺 度涡分布及其产生后的移动轨迹图，如图１所示。
图１ 吕宋海峡附近中尺度涡的年际分布及轨迹
在涡中心水深大于１０００ ｍ，高度差不小于７．５ｃｍ 的标准下。 × 号和○
号分别表示反气旋涡和气旋涡的初始产生位置，
从图１可看出，在吕宋海峡中部（１２０°～１２２°Ｅ）有多例中尺度涡出现，但中尺度涡在穿越吕宋海峡时由于受挤压等原因会导致移动速度突然加快（可增大到原来的６～７倍［２６］），在卫星高度计资料的时间分辨率为７ｄ的情况下，难以捕捉到所有穿越吕宋海峡的中尺度涡。因此，我们也难以断定图１中吕宋海峡中部观测到的中尺度涡是由西北太平洋传进的或是由于吕宋海峡局地的强剪切应力而产生的。这一结果对于另外３种判别标准（涡中心水深不小于１０００ｍ、高度差不小于５ｃｍ；涡中心水深不小于２００ｍ、高度差不小于７．５ｃｍ；涡中心水深不小于２００ｍ、高度差不小于５ｃｍ）同样适用（图未示）。
海峡附近的海面高度距平图。图中同一个涡用相同的字母和序号表示。图２ｆ为前５张图各涡的轨迹图，红色＋号和蓝色○号分别表示反气旋涡和气旋涡的位置，虚线表示其运动轨迹，△号表示涡的初始产生位置，这些符号旁边的数字表示观测时间。
用放肆造句我们关注吕宋海峡中部的一个气旋涡（即图２ｃ，ｄ和ｅ中的Ｃ２涡）从形成到消失的过程。在图２ａ，ｂ（即前两周）中，已经可以观察到吕宋海峡中部出现较弱的海面高度负距平信号，且逐渐变强。到８月２４日前后，该负距平信号在来自西北太平洋的较强气旋涡Ｃ１的影响下发展达到最大，且形成一个相对较弱的气旋涡Ｃ２。之后，Ｃ２涡朝西北方向运动且迅速减弱，见图２ｄ－ｅ；与此
同时Ｃ１涡也相应衰减，到９月７日前后分裂为两个小的气旋涡Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ。其中，与Ｃ２涡的形成类似，Ｃ１ｂ涡的形成除来自Ｃ１涡的影响，也结合了原本就存在于台湾东南部的海面高度负距平信号。由此可见，西北太平洋中尺度涡通过吕宋海峡传入南海的形式是较为复杂的，很可能是通过与吕宋海峡内部原本的海面高度信号进行耦合，再向南海传播［２１－２２］。
吕宋海峡中部一个气旋涡的实例分析
由３．１节知，中尺度涡在传播至吕宋海峡附
近时，相邻两个时间点的移动距离可能超过１．５°。
本节通过分析由卫星高度计得到的１９９４年８－９
月吕宋海峡附近的中尺度涡活动，说明西北太平
洋中尺度涡通过吕宋海峡传进南海的机制是较为
复杂的。
图２ａ－ｅ为１９９４年８月１０日至９月７日吕宋
玫瑰花精
３．２
图２１９９４年８－９月吕宋海峡附近海域海面高度距平图
ａ．１９９４－０８－１０，
ｂ．１９９４－０８－１７，ｃ．１９９４－０８－２４，ｄ．１９９４－０８－３１，ｅ．１９９４－０９－０７，
图ａ－ｅ中空白区域为深度浅于２００ｍ的区域
时的传播特征，选取２１°Ｎ 断面做出１１６°～１４０°Ｅ 范 围内 海 面 高 度 距 平 的 时 间－经 度 图，数 据 长 度 从 １９９３年１月至２００８年１２月，
如图３所示。 可看出，西北太平洋的海面高度变化信号在西传过
程中，传播速度有变大的趋势。
牛文荣由图４ａ 可 看 出，２１°Ｎ，１１６°～１４０°Ｅ 断
面 周 期 为１～３个月的海面高度变化信号在吕宋海峡附近 并没有受到特别明显的阻隔，只有当海面高度距平 较大时 才 能 较 清 楚 地 看 出 来，如 ２００４ 年 前 后 及 ２００７－２００８年的情况。该周期下，
海面高度变化信 号在西 北 太 平 洋 上 向 西传播的速度约为 ８．５～ １４ｃｍ／ｓ，进入南海后西传速度约为１１～１５ｃｍ／ｓ
。 图４ｂ表 示 周 期 为 ３～６ 个 月 的 ２１°Ｎ，１１６°～
１４０°Ｅ
断面的 海面高度变化信号 的 传 播 情 况，从 图 中可看出西北太平洋海面高度变化信号向西传播至
吕宋海峡附 近 受 到 的 阻 隔 作 用 比 图 ４ａ
要 更 明 显。而且，西北太平洋上的信号传播至吕宋海峡附近出
现的信号明显“阻断”的位置在不同的时间也有小幅 度的摆动，这可能是由于黑潮主轴位置随时间摆动 导致的。该周期的海面高度变化信号向西
传播速度 在西北太平洋上约为６．５～１３ｃｍ／ｓ，
进入南海后约 为６～１４ｃｍ／ｓ
。另一值得注意的特点是，西北太平 洋上的海面高度变化信号传入南海后
一般都有不同 程度的减弱，但１９９７－１９９８年南海
海面高度变化的 信号却似有增强。
图４ｃ是主要 含 年 周 期 （３３０～３
９０ｄ）信 号 的 该 断面海面高 度 距 平 时 间－经 度 图。 从图中可看出当
单纯包含年变化信号时，由于受大气强迫的作用，西
北太平洋和南海的海面高度变化信号的传播速度变 得非常快，导致产生近似“共振”的现象。 从图中还 可看出，由于吕宋海峡或黑潮的作用，南海的海面高 度变化信号比西北太平洋滞后约 ２ 个月左右，这或 可解释３．２节提到的西北太平洋信号经黑潮耦合后 再向南海传播的说法。
此外，西北太平洋和南海的海面高度在周期为 ３～６个月、３３０～３９０ｄ频段显示出的较大不同
除受 吕宋海峡和黑潮的影响之外，南海本身在季风强迫 下所导致的 ＳＬＡ 变化也可能是导致该结果的重要 原因。迷的组词
图３ 南海东北部至西北太平洋海面高度距平沿
２１°Ｎ 断面的时间－经度图
从图３ 可看出，西北太平洋上中尺度波动的西
传特征很明显，而该特征在 １２１°～１２２°Ｅ 区域内 出 现了不连续性，由此可以清楚地看出西北太平洋海 面高度变化信号在向西传播至吕宋海峡附近时确实 受到明显的阻隔。 但该阻隔作用并不是彻底的，而
且海面 高 度 变 化 信 号 （正 负 距 平 信 号 均 有 ）穿 过 １２１°～１
２２°Ｅ 区域传入南海的比重及位置随时间也 有变化。
Ｈｕ等［２３］
曾指出周 期 为 ３～６ 个
月 的 海 面 高 度 变化信号有时可以通过吕宋海峡传入南海内。受此
启发，本文利用巴特沃斯滤波器按周期分别为１～３ 月、３～６ 月、３３０～３９０ｄ（年 信 号）对 ２１°Ｎ，１１６°～
１４０°Ｅ 断面的海面高度距平数据进行带通滤波 （置 信度均超过 ９５％），研 究 西 北 太平洋海面高度变化 不同周期的信号传入南海的情况（如图 ４）。 从图 ４
可看出，西北太平洋不同周期的海面高度变化信号 穿过吕宋海峡传入南海受到的阻隔作用有所不同，
小结与讨论
本文采用 ＡＶＩＳＯ 提 供 的 １９９３ 年 １ 月 到 ２００８年１２ 月共 １６ａ的融合海面高度距平数据，追踪 吕宋海峡附近海域中尺度涡的移动轨迹，并通过分段带通滤波分析西北太平洋海面高度变化信号的传播
４
（１）在数据时间分辨率为７ｄ和本文采用的中尺度涡判别标准前提下，无法确定吕宋海峡中部出现的中尺度涡是由西北太平洋传进的或是由于吕宋海峡局地的强剪切应力而产生的，也难以清楚地从卫星高度计上观测到中尺度涡穿越吕宋海峡的过程。
图４沿２１°Ｎ分段带通滤波后不同周期海面高度距平数据的时间－经度图
ａ．１－３月，ｂ．３－６月，ｃ．３３０－３９０ｄ脸部水肿怎么消除
（２）对１９９４年８－９月吕宋海峡中部观测到的一个气旋涡的实例分析表明，西北太平洋海面高度变化信号传至吕宋海峡附近，会与吕宋海峡内部原本存在的局地海面高度距平信号进行耦合，再向南海传播。
（３）２１°Ｎ，１１６°～１４０°Ｅ断面的海面高度距平数据的时间－经度图表明，西北太平洋海面高度变化信号在西传至吕宋海峡附近时（１２１°～１２２°Ｅ）出现信号不连续，但仍有部分信号可以穿越吕宋海峡传入南海。对该数据进行分段带通滤波表明，西北太平洋不同周期的海面高度变化信号穿过吕宋海峡传入南海所受阻隔作用、西传速度及强迫机制均有不同。
针对结论（１），随着更高时间分辨率卫星高度计数据的发展，将有利于揭示吕宋海峡附近中尺度涡的穿越过程。当然，西北太平洋上西传的海面高度变化信号，以及这些信号穿过吕宋海峡传进南海，是以涡或者波的形式，这有待进一步的研究与讨论。
致谢：ＡＶＩＳＯ提供融合高度计资料，匿名审稿专家提出有价值的修改意见，在此一并致谢。郑全安得到美国ＮＯＡＡＮＥＳＤＩＳＯＲＳ项目０５－０１－１１－０００部分资助！
